基于空间过约束四杆机构的可折叠并联机构制造技术

本发明专利技术涉及一种基于空间过约束四杆机构的可折叠并联机构，包括具有六个连接顶点的多边形静平台和位于静平台上方或下方具有三个连接顶点的多边形动平台，静平台的六个连接顶点由相邻两个连接顶点构成一组分成三组，动平台的三个连接顶点分别通过支链与静平台上的三组连接顶点对应连接；支链包括具有三个连接顶点的多边形连接单元和一对连杆，两连杆其中一端分别与连接单元其中两个连接顶点通过转动副活动连接，连接单元的第三个连接顶点与静平台的连接顶点通过球副活动连接，支链的两连杆另一端分别通过转动副与静平台上对应组的两连接顶点活动连接。本发明专利技术具有可展性能，折叠时体积较小，便于运输以及存放，展开时，具有较大的空间，结构简单，灵活多变。

Foldable parallel mechanism based on spatial overconstrained four-bar mechanism

【技术实现步骤摘要】
基于空间过约束四杆机构的可折叠并联机构
本专利技术涉及一种基于空间过约束四杆机构的可折叠并联机构。
技术介绍
并联机构相比于串联机构，具有高刚度，高精度，承载能力强等诸多的优点，在工业机床，3D打印，航空航天领域都有很大的应用市场，一定程度上弥补了串联机构在工业应用上的不足，得到了业界诸多的关注以及研究，而具有少自由度的并联机构也成为并联机构领域研究的一大热点。空间可折展结构是随着航天科技的发展而诞生的一种新型结构，它在发射过程中处于折叠收纳状态，体积最小；入轨后，可折展结构可按设计展开成较大的运行工作状态；返回或回收时，该结构可再次折叠收拢进入飞船。虽然并联机构以及可展机构都发展的相对成熟，但是具有可展性能的并联机构现在却很少人研究以及关注，这种具有可展性的并联机构可以工作在特殊的场合，当它在运输以及需要自我保护时处于折叠状态，当它处于工作状态时，处于展开状态。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的是提供一种结构简单，具有可展性能，灵活多变的基于空间过约束四杆机构的可折叠并联机构。本专利技术采用以下方案实现：一种基于空间过约束四杆机构的可折叠并联机构，包括具有六个连接顶点的多边形静平台和位于静平台上方或下方具有三个连接顶点的多边形动平台，静平台的六个连接顶点由相邻两个连接顶点构成一组分成三组，所述动平台的三个连接顶点分别通过支链与静平台上的三组连接顶点对应连接；所述支链包括具有三个连接顶点的多边形连接单元和一对连杆，两连杆其中一端分别与连接单元其中两个连接顶点通过转动副活动连接，连接单元的第三个连接顶点与动平台的连接顶点通过球副活动连接，支链的两连杆另一端分别通过转动副与静平台上对应组的两连接顶点活动连接。进一步的，所述支链的多边形连接单元、两连杆与静平台通过四个转动副连接形成单自由度空间单环过约束机构；所述单自由度空间单环过约束机构中的四个转动副按连接顺序每相邻两个转动副轴线之间存在公法线、共四条公法线形成对边相等的空间四边形。进一步的，所述单自由度空间单环过约束机构中的四个转动副按连接顺序每相邻两个转动副轴线之间存在夹角、共四个夹角交替相等。进一步的，所述单自由度空间单环过约束机构中连接两连杆和多边形连接单元的两个转动副轴线之间的夹角正弦值与该两转动副轴线之间公法线线段长度之间的比值等于连接两连杆和静平台的两个转动副轴线之间的夹角正弦值与该两转动副轴线之间公法线线段的长度之间的比值。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术基于空间过约束四杆机构的可折叠并联机构具有可展性能，折叠时形成一个四面体结构，体积较小，便于运输以及存放，展开时，具有较大的空间，整个结构构造简单，灵活多变，并且具有刚度大的，稳定性好的优点，在航空航天，土木工程中具有重要意义和广泛的应用前景。为使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将通过具体实施例和相关附图，对本专利技术作进一步详细说明。附图说明图1是本专利技术实施例构造立体图；图2是本专利技术实施例中第一支链的第一多边形连接单元T1结构示意图；图3是本专利技术实施例中第二支链的第二多边形连接单元T2结构示意图；图4是本专利技术实施例中第三支链的第三多边形连接单元T3结构示意图；图5是本专利技术实施例中静平台结构示意图；图6是本专利技术实施例中动平台结构示意图；图7是本专利技术实施例支链的其中一根连杆F1结构示意图；图8是本专利技术实施例支链的另一根连杆F2结构示意图；图9是本专利技术实施例其中一组支链中的单自由度空间单环过约束机构构造示意图；图10是本专利技术实施例完全折叠状态的结构示意图；图中标号说明：T1-第一多边形连接单元、T2-第二多边形连接单元、T3-第三多边形连接单元、F1-第一连杆、F2-第二连杆、F3-第三连杆、F4-第四连杆、F5-第五连杆、F6-第六连杆、R1-第一转动副、R2-第二转动副、R3-第三转动副、R4-第四转动副、R5-第五转动副、R6-第六转动副、R7-第七转动副、R8-第八转动副、R9-第九转动副、R10-第十转动副、R11-第十一转动副、R12-第十二转动副、S13-第十三球副、S14-第十四球副、S15-第十五球副、V1-第一交点、V2-第二交点。具体实施方式如图1~10所示，一种基于空间过约束四杆机构的可折叠并联机构，包括具有六个连接顶点的多边形静平台和位于静平台上方或下方具有三个连接顶点的多边形动平台，静平台的六个连接顶点由相邻两个连接顶点构成一组分成三组，所述动平台的三个连接顶点分别通过支链与静平台上的三组连接顶点对应连接；所述支链包括具有三个连接顶点的多边形连接单元和一对连杆，两连杆其中一端分别与连接单元其中两个连接顶点通过转动副活动连接，连接单元的第三个连接顶点与动平台的连接顶点通过球副活动连接，支链的两连杆另一端分别通过转动副与静平台上对应组的两连接顶点活动连接。在本实施例中，所述支链的多边形连接单元、两连杆与静平台通过四个转动副连接形成单自由度空间单环过约束机构；所述单自由度空间单环过约束机构中的四个转动副按连接顺序每相邻两个转动副轴线之间存在公法线、共四条公法线形成对边相等的空间四边形。在本实施例中，所述单自由度空间单环过约束机构中的四个转动副按连接顺序每相邻两个转动副轴线之间存在夹角、共四个夹角交替相等，即如图9所示中，两个交替的夹角α相等，两个交替的夹角β相等。在本实施例中，所述单自由度空间单环过约束机构中连接两连杆和多边形连接单元的两个转动副轴线之间的夹角正弦值与该两转动副（即连接两连杆和多边形连接单元的两个转动副）轴线之间公法线线段长度之间的比值等于连接两连杆和静平台的两个转动副轴线之间的夹角正弦值与该两转动副（连接两连杆和静平台的两个转动副）轴线之间公法线线段的长度之间的比值；动平台和静平台之间的三组支链之间相互独立，亦可采用三组相同构成的支链，静平台上的六个连接顶点处于同一平面，呈多边形分布，可位于同一平面。在本实施例中，所述单自由度空间单环过约束机构中的四个转动副，相交替的两个转动副轴线相交于一点、共两个交点，分别是图9中所示的第一交点V1和第二交点V2，并且两个交点之间的连线为该单自由度空间单环过约束机构的对称轴线上。本专利技术由6个连杆、3个多边形连接单元以及动平台和静平台通过用球副以及转动副连接起来，形成一个可折叠并联机构，可折叠并联机构在特殊的尺寸时具有可展性能，折叠时形成一个四面体结构，折叠时可折叠并联机构体积较小，便于运输以及存放，展开时，具有较大的空间，整个结构构造简单，灵活多变，并且具有刚度大的，稳定性好的优点，在航空航天，土木工程中具有重要意义和广泛的应用前景。动平台上的三个连接顶点分别通过第一支链、第二支链和第三支链与静平台上的三组连接顶点对应连接，第一支链包括了第一多边形连接单元T1、第一连杆F1和第二连杆F2,第二支链包括了第二多边形连接单元T2、第三连杆F3和第四连杆F4,第三支链包括了第三多边形连接单元T3、本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于空间过约束四杆机构的可折叠并联机构，其特征在于：包括具有六个连接顶点的多边形静平台和位于静平台上方或下方具有三个连接顶点的多边形动平台，静平台的六个连接顶点由相邻两个连接顶点构成一组分成三组，所述动平台的三个连接顶点分别通过支链与静平台上的三组连接顶点对应连接；所述支链包括具有三个连接顶点的多边形连接单元和一对连杆，两连杆其中一端分别与连接单元其中两个连接顶点通过转动副活动连接，连接单元的第三个连接顶点与动平台的连接顶点通过球副活动连接，支链的两连杆另一端分别通过转动副与静平台上对应组的两连接顶点活动连接。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于空间过约束四杆机构的可折叠并联机构，其特征在于：包括具有六个连接顶点的多边形静平台和位于静平台上方或下方具有三个连接顶点的多边形动平台，静平台的六个连接顶点由相邻两个连接顶点构成一组分成三组，所述动平台的三个连接顶点分别通过支链与静平台上的三组连接顶点对应连接；所述支链包括具有三个连接顶点的多边形连接单元和一对连杆，两连杆其中一端分别与连接单元其中两个连接顶点通过转动副活动连接，连接单元的第三个连接顶点与动平台的连接顶点通过球副活动连接，支链的两连杆另一端分别通过转动副与静平台上对应组的两连接顶点活动连接。


2.根据权利要求1所述的基于空间过约束四杆机构的可折叠并联机构，其特征在于：所述支链的多边形连接单元、两连杆与静平台通过四个转动副连接形成单自由...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨富富，卢帅龙，陈昆精，张俊，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：福建;35